环境地质学总论地质环境系统演化的一般原理

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1、环境地质学分论——地质环境系统演化的一般原理EnvironmentalGeology2提纲一、系统演化的基本概念二、地质环境系统演化的外部条件三、地质环境系统演化的内在机理四、地质环境系统演化的几个阶段3一、系统演化的基本概念演化是针对系统整体而言的，是系统整体结构、功能随时间的推移有别于先前的结构、功能的改变过程，是系统内部质的改变。（系统演化又可定义为：系统原有的宏观稳定状态被破坏，经过失稳阶段，建立新的宏观稳定态的时间过程。）变化可以指系统内部也可指外部环境，即可针对系统整体也可针对某一局部甚至某一个点，可以指量的改变也可以指质的改变。演化与变化变化是演化的基础，没

2、有变化就没有演化；某些变化可能就是演化，变化也可能是演化的外在变现形式。变化与演化有何联系？4宏观与微观并不是绝对尺度，随研究对象而变，大时空尺度的微观变化对于小时空尺度的系统而言可能就是演化。宏观：系统的整体发生了改变（时、空尺度较大）微观：系统内部的某一局部地区发生局部或微小的变化宏观与微观对于特定系统而言：只有宏观的变化才视之为系统的演化一、系统演化的基本概念5信息与信号一、系统演化的基本概念信息：用以消除随机不确定性的东西，是现实世界各种现象建立联系的一种特殊形式。信号：是信息的载体，是发送信息的手段，信号的种类越多，变化规律越复杂，能传送的信息越多。信息是认识事

3、物的知识，信号是信息的载体；信号不一定能反应事物真实的信息，存在噪声；信息的多少还取决于对信号分析的能力。如何理解信息和信号？6信号时间序列：如果信号是以时间顺序排列的，即为××信号时间序列。从时间信号序列中可以看出变化方式，从而提取信息。一、系统演化的基本概念如何通过信号提取信息？由结构时空性质决定的；描述变化和演化的方法；如：封闭空间内感知四季；微震、滑坡位移信号时间序列等。7一、系统演化的基本概念如何从信号时间序列中提取信息？①分析系统结构变化的主要信号。②引起结构变化的主要要素信号。④结构要素的时空变化规律。③信号时间序列分析。⑤系统演化阶段划分。8稳定与平衡一、

4、系统演化的基本概念其一，处于稳定态的系统，内部组分比的恒定，是系统与外界环境物能交换的过程中形成和保持的，是输入与输出的响应函数为定值时的宏观状态的表述，此时的宏观状态与流入量的大小无关，所以，处于宏观稳定态的系统具有自调节能力。与之不同的是，处于平衡态的系统其组分的恒定是系统内部物质运动、调节的结果，与系统外界的作用无关；其二，存在于孤立系统的平衡态不需要外界物能的输入，也无法做功，据此人们又常形象地把平衡态称为静态平衡；而稳定态只存在于开放系统中，不同时刻的状态与平衡点总有一定距离，可通过能量的传递做功。所以，又把稳定态系统称为动态平衡系统。9输入来自系统的外部环境，

5、是系统内部状态发生变化的作用。输入、输出、响应地质环境系统输入输出响应一、系统演化的基本概念并不是所有的作用都看作是输入，有些较小的就忽略不计了，看作是随机干扰输入可以是力的施加与撤除、热能的传导、物质的补充或减少描述输入作用大小、强度有对应的物理量和表征符号，称为输入信号。如果将输入按信号排列，就构成输入信号的时间序列。10响应在输入的作用下，系统内部所产生的状态变化。输入、输出、响应一、系统演化的基本概念系统的响应可以是整个系统的宏观变化，也可以是系统的某一局部发生变化响应是系统为适应外界作用而产生的结构调整一个输入可能造成多种响应（或响应表现为多个方面）响应可以用相

6、应物、能、力、化学等指标来表示，称为响应信号；响应过程用响应信号的时间序列来表达11输出系统内部响应最终会对外界产生反作用，这种来自系统的作用称为系统的输出。输入、输出、响应一、系统演化的基本概念输出是指系统对环境的作用，而响应是系统内部的变化由于地质环境系统是开放的非线性系统，并不是输入什么就输出什么响应可以用相应的指标来描述，称为输出信号；其按时间顺序排列称为响应信号的时间序列12输入信号时间序列的意义反映外界（环境）的作用强度、大小、方式的差异反映外界作用过程及规律输入、输出、响应有何意义？一、系统演化的基本概念响应信号时间序列的意义反映系统的动态变化系统演化的判据

7、与输入信号时间序列结合，反映系统的自适应性和稳定性输出信号时间序列的意义可进行预测预警的指导若与输入相结合，可制约人类活动的措施13信号时间序列中一些瞬间值偏离其长时间平均值，从而使整个时间序列呈现震荡（波动）的现象。涨落一、系统演化的基本概念如何根据信号时间序列判断系统状态？涨落是普遍存在的包括输入的涨落、响应的涨落和输出的涨落涨落的刻画——涨落值σ表示均方差；xi为信号（状态变量）在i时刻的取值；为x信号在该时间序列中的平均值；（n-1）为时间序列的自由度，其中n为样本空间大小，即时间序列的长度。14正常涨落在一个信号时间